KR101091310B1

KR101091310B1 - 무단 변속기의 벨트 유닛

Info

Publication number: KR101091310B1
Application number: KR1020080122664A
Authority: KR
Inventors: 이주형; 이재현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2011-12-07
Also published as: KR20100064198A; US20100144474A1

Abstract

본 발명의 무단 변속기인 CVT(Continuously Variable Transmission)에서 동력을 전달하는 벨트(3)가 밴드(20)를 결합한 세그먼트(10)에 밴드(20)와 세그먼트(10)의 접촉 반경 차를 선 속도 차와 더불어, 풀리와 세그먼트(10) 간 슬립(Slip)을 함께 고려하고, 밴드(20)가 삽입되어 안착되는 세그먼트 숄더(13)의 접촉 반경 차를 약 0.27mm가 되도록 설계해 줌에 따라, 밴드와 세그먼트 간 상대 속도 차를 없애고 특히, 실 차 운행 조건 중 가장 많이 사용하는 영역인 OD(Over Drive, 2000rpm)조건에서 밴드(20)와 세그먼트(10) 간 상대 속도 차를 없애, 동력 전달 효율과 연비 향상은 물론, CVT 내구성도 높여 줄 수 있는 특징이 있게 된다.

무단 변속기, 벨트, 효율

Description

무단 변속기의 벨트 유닛{Belt Unit for Continuously Variable Transmission(CVT)}

본 발명은 무단 변속기에 관한 것으로, 특히 실 차 운행 조건 중 가장 많이 사용하는 영역인 OD(Over Drive, 2000rpm)조건에서 슬립(slip)을 일으키는 상태 속도 차를 없애 줄 수 있도록 된 무단 변속기의 벨트 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 무단 변속기 CVT(Continuously Variable Transmission)는 동력 축과 연결된 프라이머리 풀리(Primary pulley)와, 종동 축과 연결된 세컨더리 풀리(secondary pulley)를 벨트로 연결하고, 벨트를 이용해 동력을 전달하는 방식이다.

이를 위해 벨트는 세그먼트(Segment)와 밴드(Band)로 이루어지고, 세그먼트는 다수로 배열되어져 중첩된 밴드가 삽입된 구조를 갖게 된다.

이와 같이 CVT에서 벨트는 동력을 전달하는 주요 구성 요소로서, CVT를 이루는 각 구성요소들 간 상대 운동으로 인해 다양한 마찰 손실(Friction Loss)이 발생될 수밖에 없다.

일례로, 세그먼트와 밴드 사이의 마찰손실과, 밴드와 밴드 사이의 마찰손실 은 물론, 세그먼트와 풀리 표면(Pulley Surface) 사이의 마찰손실과, 기타 여러 손실들이 발생되어진다.

하지만, CVT에서는 발생되는 마찰 손실 중 약 65~75% 정도가 밴드 마찰(Band Friction)에 의한 손실로서, 이는 풀리 압축 력에 의해 밴드가 밀착 접촉되는 세그먼트 숄더(Segment의 Shoulder)에 작용하는 노말 포스(Normal Force)와 밴드가 세그먼트와 일으키는 상대운동으로 인한 마찰 손실이다.

이로 인해, CVT의 성능 효율을 높이기 위해서는 밴드와 세그먼트 간 상대 속도 차를 줄여주어야 하는데, 이는 풀리의 압축 력이 엔진 입력 토크에 의해 세그먼트 숄더의 노말 포스(Normal Force) 값이 정해짐에 기인하게 된다.

일례로, 밴드와 세그먼트 간 슬립(Slip)현상은 밴드 반경이 세그먼트 반경보다 더 큼에 기인 즉, 접촉 반경이 작은 쪽에서 발생됨에 따라, 구동 축과 종동 축 반경의 가변 특성으로 인해, 변속비가 클 때는 접촉 반경이 작은 구동 축 쪽에서 슬립이 발생되고, 변속비가 작을 때는 접촉 반경이 작은 종동 축에서 슬립이 발생되고 특히, 오버 드라이브(over drive)상태에서 종동 축에서 가장 크게 발생된다.

이에 따라, 밴드와 세그먼트 간 상대 속도 차를 줄여주기 위해 세그먼트 형상에 대한 개발과 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 상황이다.

하지만, 밴드와 세그먼트 간 상대 속도 차를 줄여 주기 위해서는 실제적으로 풀리와 세그먼트 간 슬립(Slip)도 영향을 주므로 함께 고려해야 하지만, 밴드와 세그먼트 간 선 속도 차만을 고려해 상대 속도 차를 줄여 주므로, 결국 상대 속도 차를 줄이기 위한 성능 개선에 한계가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 무단 변속기 CVT(Continuously Variable Transmission)의 벨트를 이루는 세그먼트(Segment)와 밴드(Band) 간 선 속도 차와 더불어, 풀리와 세그먼트 간 슬립(Slip)을 함께 고려해 밴드와 세그먼트의 접촉 반경 차(세그먼트 숄더 면의 높이 차)를 산출해 줌에 따라, 밴드와 세그먼트 간 상대 속도 차를 없애고 특히, 실 차 운행 조건 중 가장 많이 사용하는 영역인 OD(Over Drive, 2000rpm)조건에서 밴드와 세그먼트 간 상대 속도 차가 없도록 함에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 무단 변속기의 프라이머리 풀리에서 세컨더리 풀리로 동력을 전달하는 벨트에 있어서,

적어도 하나의 밴드와,

상기 밴드가 위치하는 공간이 형성되어 밴드가 삽입되는 세그먼트 숄더를 양쪽으로 형성한 복수개의 세그먼트로 이루어지고,

상기 세그먼트 숄더를 양쪽으로 구분하는 부위로 홈인 글루브를 형성시켜, 상기 글루브와 세그먼트 숄더가 접촉 반경 차를 갖도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 접촉 반경 차는 OD(Over Drive, 2000rpm)조건에서 0.27mm로 형 성되며, 상기 접촉 반경 차는 0.27mm를 기준으로 0.1mm 크기로 증가시켜 준다.

또한, 상기 접촉 반경 차는 (0,001-ΔR)x RPM x 2 x (3.14/60) = ΔV를 이용해 산출되고, ΔR은 세그먼트 높이 차 A, RPM은 엔진 회전수, ΔV는 밴드와 세그먼트 상대 속도 차이다.

이러한 본 발명에 의하면, CVT를 이루는 벨트의 밴드와 세그먼트 간 상대 속도 차가 발생하지 않는 밴드와 세그먼트의 접촉 반경 차(세그먼트 숄더 면의 높이차)를 산출해, 특히 실 차 운행 조건 중 가장 많이 사용하는 영역인 OD(Over Drive, 2000rpm)조건에서 동력 전달 효율과 연비는 물론 CVT 내구성도 향상할 수 있는 효과가 있게 된다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 무단 변속기의 벨트 유닛의 구성 도를 도시한 것인바, 본 발명의 무단 변속기인 CVT(Continuously Variable Transmission)는 동력 축과 연결된 프라이머리 풀리(Primary pulley)와, 종동 축과 연결된 세컨더리 풀 리(secondary pulley)와 더불어, 프라이머리 풀리(1)에서 세컨더리 풀리(2)로 동력을 전달하는 벨트 유닛(3)을 포함해 구성된다.

이러한 CVT는 구동 축과 종동 축이 그 축 방향으로 가변적으로 이동될 수 있으므로, 구동 축과 종동 축에 접촉되는 벨트 유닛(3)의 반경들이 변하게 된다.

이와 같은, 상기 벨트 유닛(3)은 복수개의 세그먼트(10)와 적어도 하나의 밴드(20)를 포함해 이루어지며, 상기 밴드(20)는 세그먼트(10)에 대해 두 개로 구현되는 방식을 적용한다.

이를 위해, 상기 세그먼트(10)는 바디 베이스(11)와, 상기 바디 베이스(11)의 상단을 이루는 구속 단(15)을 연결하는 목 부(14)를 형성해, 상기 목 부(14)부위로 밴드(20)가 위치되는 구조를 형성하게 된다.

이러한 구조로 인해, 상기 벤드(20)는 그 상면이 구속 단(15)에 구속되고, 그 하면이 바디 베이스(11)에 구속되어진다.

또한, 상기 벤드(20)의 하면이 접촉되는 바디 베이스(11)는 세그먼트 숄더(13)로서, 이를 위해 상기 바디 베이스(11)는 홈인 글루브(12)를 목 부(14)의 연결 부위로 형성하고, 상기 세그먼트 숄더(13)는 글루브(12)가 형성되지 않은 바디 베이스(11)의 면으로 이루어진다.

이때, 상기 세그먼트 숄더(13)에 안착되는 밴드(20)는 목 부(14)까지 위치되어져, 글루브(12)가 형성된 부위에서는 세그먼트 숄더(13)와 같은 높이 차 A로 인해 지지되지 않는다.

이와 같은, 상기 세그먼트 숄더(13)는 슬립이 발생되지 않고 전달 효율을 높 여 주는 주요 요인으로서, 이를 위해 높이 차 A는 다음과 같이 구해주게 된다.

높이 차 A 산출 식 : (0,001-ΔR)x RPM x 2 x (3.14/60) = ΔV

여기서, ΔR은 세그먼트 높이 차 A, RPM은 엔진 회전수, ΔV는 밴드와 세그먼트 상대 속도 차이다.

이를 통해, 밴드(20)와 세그먼트(10) 간 상대 속도 차 ΔV를 없애고 특히, 실 차 운행 조건 중 가장 많이 사용하는 영역인 OD(Over Drive, 2000rpm)조건에서 밴드와 세그먼트 간 상대 속도 차가 없는 최적 ΔR을 산출하게 된다.

일례로, 변속비 0.492, 2,000rpm 조건 시, ΔV = 0.153m/s로 산출되므로,

(0,001-ΔR)x 2,000 x 2 x (3.14/60) = 0.153를 적용하면,

ΔR = 0,27mm를 산출하고, 이는 세그먼트(10)의 세그먼트 숄더(13)가 갖는 높이 차 A로 결정되고, 이는 밴드와 세그먼트 간 상대 속도 차가 없는 상태를 이루게 된다.

이러한 밴드(20)와 세그먼트(10)를 갖는 벨트(3)를 이용한 CVT의 동력 전달 손실은 도 2에 도시된 바와 같이, ΔR = 0.27mm일 때 약 0.333Kgfm으로 최소화됨을 알 수 있게 된다.

일례로 동력 전달 효율 성능을 산정 즉, 도 2(나)를 예로서, 해석 및 시험을 통해 구한 delta_V1와 delta_V1을 줄이기 위한 ΔR에 의해 1번째 밴드와 세그먼트 간 상대속도 차 delta_V1이 없다(delta_V1=0로 가정)고 가정하면, 변속비0.492이고 2000rpm, 9kgfm 조건에서, 밴드 마찰 손실(Band Friction Loss)은 100-((0.221+0.112)/(0.368+0.187))*100 = 40% 로서, CVT 전달 효율 및 내구성을 향상 시켜 줄 수 있게 된다.

또한, 본 실시 예에서는 상기 세그먼트 숄더(13)의 ΔR은 약 0.1mm 단위로 증가시키는 것이 바람직한데, 이는 변속 비 1:1 조건에서 CVT 효율이 가장 우수함에 따라, 엔진과의 운전 영역을 고려해 OD ~1:1 조건에서 결정하는 것이 바람직함에 기인한다.

도 1은 본 발명에 따른 무단 변속기의 벨트 유닛의 구성도

도 2(가)내지 (다)는 본 발명에 따른 벨트 유닛을 적용한 CVT의 동력 손실 성능 도표

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 프라이머리 풀리 2 : 세컨더리 풀리

3 : 벨트 유닛 10 : 세그먼트

11 : 바디 베이스 12 : 글루브

13 : 세그먼트 숄더 14 : 목 부

15 : 구속 단 20 : 밴드

Claims

삭제
무단 변속기의 프라이머리 풀리에서 세컨더리 풀리로 동력을 전달하는 벨트에 있어서,

적어도 하나의 밴드와;

삽입된 상기 밴드의 상면과 하면 및 끝면에 모두 접촉되도록 목부의 양쪽으로 상기 밴드가 위치하는 공간을 형성하는 복수개의 세그먼트와;

상기 밴드의 하면과 접촉되는 세그먼트 숄더와 상기 목부를 이어 상기 세그먼트 숄더와 OD(Over Drive, 2000rpm)조건에서 0.27mm인 접촉반경차를 형성시켜 주도록 홈으로 형성 되어진 글루브; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 무단 변속기의 벨트 유닛.
청구항 2에 있어서, 상기 접촉 반경 차는 0.27mm를 기준으로 0.1mm 크기로 증가시켜 주는 것을 특징으로 하는 무단 변속기의 벨트 유닛.
청구항 2에 있어서, 상기 접촉 반경 차는 (0,001-ΔR)x RPM x 2 x (3.14/60) = ΔV를 이용해 산출되는 것을 특징으로 하는 무단 변속기의 벨트 유닛.

여기서, ΔR은 세그먼트 높이 차 A, RPM은 엔진 회전수, ΔV는 밴드와 세그먼트 상대 속도 차이다.